直接体绘制

摘要： 设计并实现了一个基于B/S架构的三维体数据可视化系统,系统在服务器端进行数据存储和处理;浏览器端采用基于WebGL技术实现了实时直接体绘制和三维等值面绘制.

摘要： 在复杂电磁空间斗争这条无形的战线上,对电磁环境的准确、直观描述一直是制约指挥人员实施准确、高效指挥的关键因素,本文围绕复杂电磁环境三维可视化方法展开研究.首先提出了混合八叉树分割方法解决了传统八叉树不能对大规模体数据直接体绘制的问题,设计了球形规则网格体数据组织模型,通过抽象电磁环境数据模型的输入、输出和计算功能,构建了复杂电磁环境的通用组织计算框架.针对传统光线投射直接体绘制算法不能正确处理视锥体裁剪问题,提出了一种视锥体裁减修正的方法,通过绘制视锥体近、远截面与体数据包围盒的相交面,解决了由于被视锥体裁剪而丢失数据的绘制错误问题.研究运用等值线绘制算法、颜色映射切片绘制算法和光线投射算法三者相结合的可视化方法,从不同高度和不同方向切割电磁环境,不仅能直观感受到复杂电磁环境的全貌,而且能观察对作战指挥最有影响的细节信息.

摘要： 伴随计算机技术日益精进与发展,对大规模并行运算提出越来越高的要求.其中,对于图形处理器技术正朝着吞吐率设计与片上集成众多并行计算部件的处理器方向发展.近些年,采取GPU统一架构以及使用高级别语言编程(如C++编程语言等)开发平台的应用,推高了GPU通用计算并使其进入较为快速的发展.当然,开发更高效率的GPU应用系统,仍将面临很大的挑战.本文从GPU存储器模型至构建三维图形数据体系,到编程优化中数据结构与算法在三维图像处理中的运用,阐述了GPU编程优化中数据结构及算法的运用,为该领域更加深入的研究提供些参考.

摘要： The ray casting is a widely used basic volume rendering algorithm.It can get high quality image but the computation of traditional sampling-points method is overlarge and the rendering speed is very slow.Aimed at the shortcoming,an algorithm that takes the advantage of the recurrence relation of parallel projection line during the sampling process is presented to improve the speed of obtaining the sampling-points and the speed of reconstruction.Finally,the algorithm is realized on PC platform.The result shows that compared with standard ray casting algorithm,the accelerate algorithm does not only improve the rendering speed for nearly ten times but it does not reduce any image quality.It gives a more capable method for the application of medical image 3D reconstruction.%光线投射算法属于直接体绘制(DVR)中应用比较广泛的算法,其优点是绘制质量高,但是存在采样点计算量大,绘制速度慢的问题.针对这一问题,本文利用投射光线在物空间的传递性质,提出了一种改进的计算采样点位置的算法,加快采样点的获取速度,提高图像三维重建的效率.该算法在PC机平台上得到了实现,不仅在图像质量上得到保证而且绘制速度又有很大提高,为图像的三维重建提供了有效的手段.

摘要： Woodcock-Tracking采样算法是一种常用的光线采样方法,对于优化蒙特卡罗直接体绘制方法具有重要的作用。目前该方法没有考虑体数据不同区域颜色的变化,导致颜色变化剧烈的区域可能只有少量采样点,影响体数据的真实性。引入信息熵表征体数据不同区域变化的剧烈程度,基于信息熵发展了自适应Woodcock-Tracking方法,使得变化剧烈区域获取更多采样点;运用加权颜色合成算法,实现无偏渲染。通过对头颅、背包和骨骼三个模型的对比测试,结果均表明该方法对渲染质量有明显改善。

摘要： 为了增强体绘制的纹理细节与光照效果,提出了一种自适应最小梯度夹角预积分算法.通过采样点的方向导数及空间位置等信息来确定采样光线上的极值点,利用自适应划分算法加强极值点区域的绘制;为了突出物体的真实感、增强纹理细节,引入预积分光照算法,根据最小梯度夹角算法计算预积分采样段的光照颜色值,最后对预积分采样段进行体绘制积分.实验结果表明,相比传统的预积分算法,文中算法针对标量变化较大的区域能够得到较好的绘制效果,并且能够增加局部细节的光照效果.

摘要： Spatial information is of great significance for revealing the internal features of volume data .The tra‐ditional direct volume rendering (DVR) based on transfer function is difficult to use the spatial information ef‐fectively .In this paper ,the spatial information is introduced into direct volume rendering through the follow‐ing two aspects .Firstly ,for the transfer function based on histogram ,the spatial coherence based on features is put forward to describe the space characteristic of features ,which indicates the spatial gathering degree of voxels .Secondly ,the adaptive ray casting method considering the spatial coherence is proposed .T he method can automatically adjust the color and opacity based on space coherence to optimize the rendering results .The test results of various volume data prove that the proposed method can effectively consider the spatial charac‐teristic of volume data and optimize the rendering results .%空间信息对揭示体数据内部特征具有重要意义，传统基于传递函数的直接体绘制法难以有效利用空间信息。对于基于直方图的传递函数，文章提出基于特征的空间一致度概念以刻画特征的空间特性———体素的空间聚集度，并提出考虑空间一致度的自适应光线投射法，该方法能基于空间一致度自动调节颜色和不透明度以优化绘制结果，并通过上述方法将空间信息引入到直接体绘制。多个实际体数据的测试结果表明，文中所提出的方法能有效考虑体数据的空间特性，可优化绘制结果。

摘要： 直接体绘制中,为了去除非感兴趣组织对感兴趣区的遮挡,增强感兴趣区域的显示效果,提出利用空间信息的保留上下文体绘制方法.通过人机交互设定焦点,快速定位感兴趣区;提取光线上每个采样点与焦点的空间位置以及夹角信息;根据这些信息构建高斯衰减函数,作用于当前采样点的不透明度,控制光线合成,以突出显示感兴趣区.对CT头部数据的实验结果表明,该方法可以去除非感兴趣组织对感兴趣组织的遮挡,突出显示感兴趣区,且具有良好的人机交互性.

摘要： 四面体简化技术能大幅减少体数据的数据量,缓解体绘制算法的绘制压力,然而输出四面体的精度也将随之降低.在各类简化技术中,因基于体折叠的简化算法简化率高,且处理时间少.为此提出了基于体折叠的高质量简化策略,在综合考虑简化前后受影响区域内的标量值、各四面体二面角和边长比等因素的变化情况后,通过优化误差评估函数,精确提取少量但关键的数据;利用四面体转换、四面体分割等技术优化四面体质量;在保持高简化率的同时,提高输出结果的准确度与质量;结果表明,该方法灵活、可靠,有较高的实际应用价值.

摘要： 蒙特卡罗直接体绘制方法因能方便实现全局光照效果,已经成为一种重要的直接体绘制方法,但它存在速度慢、噪音大的问题,改进光线采样方法是解决上述问题的重要途径.Woodcock-Tracking采样算法是一种常用的光线采样方法,但目前基于Woodcock-Tracking的光线采样方法仅考虑体数据的消光系数,没有考虑体数据不同区域颜色的变化,导致颜色变化剧烈的区域可能只有少量采样点,使得最终结果难以反映体数据的真实情况.本文引入信息熵表征体数据不同区域变化的剧烈程度,并基于信息熵发展了自适应的Woodcock-Tracking方法,使得变化剧烈区域可能荻取更多采样点:然后提出加权颜色合成算法,实现无偏渲染.本文使用三个实际体数据进行测试,通过对渲染图像进行直接观察和计算峰值信噪比,结果均表明本文方法对渲染质量有明显改善.

摘要： 直接体绘制是揭示三维体数据内部结构特征的重要方法.本文提出一种考虑结构特征的自适应光线投射算法,无需调节复杂的传递函数,便可以展示数据内部结构信息特征.该方法首先分析光线方向标量值的变化趋势以确定谷点位置,并将相邻谷点之间的光线定义为包含结构信息的特征段;然后基于若干启发式规则(考虑特征段的次序、尺度、重要度)计算特征段的可见度;再基于特征段可见度计算采样点的不透明度;最后基于计算所得不透明度完成绘制.本文使用合成数据、医学真实采样数据和工业CT数据进行测试,结果表明本文方法在保持数据结构,尤其是细小结构方面优于其它类似方法.

摘要： 传递函数的选取是直接体绘制技术的重要研究内容之一.文中将传递函数的选取过程视为一参数优化问题,提出一种基于粒子群优化方法的传递函数设定方法.粒子群算法以自动式和交互式两种进化方式应用于体绘制传递函数设定领域,且在交互式实现方式中提出了基于用户的速度更新策略.头部数据和地震数据显示的实验结果表明:与基于遗传算法的传递函数设定方法相比,文中的基本型和改进型粒子群算法具有更好的显示性能,在耗时较小的情形下,所绘制的地层结构体绘制图像具有更高的质量.

摘要： 体裁剪技术善于揭示数据的内部细节特征。和传递函数配合使用,它能改进直接体绘制方法的效果。基于裁剪纹理的体裁剪技术是最常用的方法之一,但该方法存在裁剪纹理数据过大的问题,本文针对这个问题提出多分辨率裁剪纹理。本文首先介绍了多分辨率裁剪纹理的概念和基于多分辨率纹理的体裁剪技术,然后给出了实验结果并进行分析。

摘要： 体绘制技术是体数据可视化的一种有效方法。为了能够观察体绘制得到的三维图像的任意方向断面,更深入获取体数据中的信息,本文提出了一种体绘制任意断面剖切算法·本算法基于GPU的单指令多数据流(SIMD)计算方式,通过计算向量点积的方法并行计算各个体素与切面的位置关系,以实现三维图像断面的绘制.本算法可以方便地同直接体绘制算法相结合·使断面计算和体绘制在GPU的一次渲染中实现.实验证明,绘制速度达到实时交互的目的,绘制效果能够为感兴趣区域数据研究提供便利.

摘要： 在直接体绘制中，传输函数的设置对最终绘制效果起关键作用。但好的传输函数一般不易寻求，因此如何准确、快速地生成传输函数成为一个极具挑战性的问题。本文利用GPU的并行计算能力结合体数据各组织的边界信息提出了一种传输函数自动生成算法。基于CT和MRI数据进行的测试实验表明了算法的有效性和实时性。

摘要： 本文研究了VTK(Visualization Toolkit)中的直接体绘制(Direct Vol-ume Rendering)方法,深入探讨了其中最经典的光线投射法,然后用VTK所提供的三种光线投射绘制方法对同一医学体数据进行了可视化,并比较了这几种算法的优缺点.结果表明,基于VTK进行医学体数据的体绘制具有应用灵活、重建效果好、绘制速度快的优点.

摘要： 基于GPU的直接体绘制是最有效的可视化方法之一,在GPU上实现压缩数据的重构能有效提高该方法的效率。本文通过提出名为NestedTileboard的数据结构,并基于Nested Tileboard在GPU上实现了多分辨率体数据重构,从而可以通过上传压缩数据到GPU提高传输效率;本文还提出了基于Nested Tileboard的多分辨率渲染技术,使得基于GPU的数据重建和渲染过程可以无缝结合,进一步提高可视化效率。本文的方法被用于128G的5D等离子体数字仿真数据的可视化,取得了良好的效果.

摘要： 针对医学体数据场的直接体绘制(DVR)的加速算法进行了讨论.基于体绘制的多种加速技术,利用格雷厄姆求凸壳算法和与平面簇求交算法对体数据场和投射光线进行裁剪,结合多边形的扫描线转换和投射光线的离散化、体素化,改进了光线投射算法。

摘要： 为了获得高质量体绘制结果和良好的交互性,提出了一种自适应多预积分表体绘制算法,通过光线段上采样点的标量值和位置等信息,自适应等比例减小采样步长,然后结合预积分方法进行颜色累积.实验结果表明,该方法针对各种传输函数,比定步长的二维预积分方法有更好的绘制效果;对比三维预积分表的方法,有更好的交互性能.

摘要： 医学体数据特征抽象的直接体绘制方法，包括以下五个步骤：1）导入医学体数据；2）利用光线投射算法，沿光线方向对体数据采样；3）将提取出的特征区域抽象为采样点，然后根据采样光线上的抽象采样点数量计算抽象采样点的不透明度；4）分别分析每个特征区域内采样点的标量值及梯度信息，找到标量值最大的采样点，其物理位置作为抽象采样点的物理位置，其标量值作为抽象采样点的标量值，同时找到特征内梯度模值最大的梯度信息作为抽象采样点的法向量，最后，为抽象采样点设置颜色并执行局部光照计算；5）将抽象采样点融合，形成最终的医学图像。

摘要： 一种基于二维图像为交互界面的转换函数的直接体绘制方法，依次包括如下步骤，（1）根据三维数据获得的二位图像作为交互界面；（2）选择感兴趣区域并进行标注,每标注一个感兴趣区域，产生与之对应的标注动作，相应的参数记为数据特征信息；（3）将步骤（2）的数据特征信息封装形成数据特征信息结构体，根据数据特征信息结构体构建数据信息管理单元；（4）根据步骤（3）的数据信息管理单元生成基于数据特征信息的转换函数；（5）根据步骤（4）的转换函数生成二维纹理；（6）将步骤（5）的二维纹理作为分类器生成重建图像。该方法以二维界面为交互界面，用户交互界面直观、易于理解，用户交互目标明确、操作方便、效率高的特点。

摘要： 本发明公开一种基于电场理论的传递函数的直接体绘制方法，步骤：(1)读取三维体数据，并计算出每个体素的电荷体密度、电场力幅值和梯度幅值，然后计算出电荷体密度-电场力幅值两维传递函数空间；(2)根据电荷体密度-电场力幅值特征空间的交互界面，通过设计传递函数分类器组件并做出调整，来显示出体数据中感兴趣的目标；(3)通过步骤(2)交互的调整传递函数分类器组件和观察绘制结果，绘制出最终的体绘制图像。本发明构造的两维电荷体密度-电场力幅值传递函数比传统的两维灰度-梯度幅值传递函数峰状结构更加突出，更容易识别出体数据中的目标结构，而且更多的考虑了邻域信息，可以得到更好的绘制效果。

摘要： 本发明公开的CT图像的快速渐进式直接体绘制三维重建方法，首先将由CT设备采集到某器官的二维断层图像数据进行分割、插值，形成各向同性的三维数据体，计算出旋转后目标数据体的大小，将数据体坐标平移，初始化投影数据区和投影模板，对数据体进行旋转赋值和投影处理，最后对投影结果进行增强处理。使用本发明的方法大大减少了三维重建的步骤，提高了三维重建的速度。

摘要： 医学体数据特征抽象的直接体绘制方法，包括以下五个步骤：1）导入医学体数据；2）利用光线投射算法，沿光线方向对体数据采样；3）将提取出的特征区域抽象为采样点，然后根据采样光线上的抽象采样点数量计算抽象采样点的不透明度；4）分别分析每个特征区域内采样点的标量值及梯度信息，找到标量值最大的采样点，其物理位置作为抽象采样点的物理位置，其标量值作为抽象采样点的标量值，同时找到特征内梯度模值最大的梯度信息作为抽象采样点的法向量，最后，为抽象采样点设置颜色并执行局部光照计算；5）将抽象采样点融合，形成最终的医学图像。

摘要： 本发明涉及一种几何建模方法，特别涉及一种由直接体绘制引导的高质量几何建模方法。该方法主要针对三维体数据，在直接体绘制的引导下，重建三维几何模型，属于几何建模与三维重建领域。该方法首先采用光线投射对给定的体数据进行直接体绘制，得到可视化的三维场景；然后根据体数据网格构造几何模型，并按照直接体绘制的传输函数为几何模型的顶点赋予颜色、不透明度和法向量等属性；最后，清除冗余的顶点和面片，得到最终的几何模型。该模型在光照条件下的渲染效果，与直接体绘制的可视化效果十分接近，不仅能够呈现物体的表面形状特征，还可以半透明地展示模型内部的细节信息。

摘要： 一种面向旋转扫描采集数据的直接体绘制方法，该方法根据旋转扫描采集数据即体数据的尺寸绘制代理圆柱体，再根据视点到代理圆柱体表面引出射线，且在所有射线上进行采样，将采样点的柱坐标转化成纹理坐标，再根据纹理采样函数获取对应坐标的像素值，根据采样点的像素值在颜色代码表中找到对应的颜色，且将一条射线上的采样点的颜色进行颜色混合，将混合后的颜色作为像素颜色值，输出全部像素，获得体绘制图像，该方法避免了体绘制技术需要对旋转扫描方法产生的基于柱坐标进行存储的体数据进行重新采样成三维直角坐标下的体数据，且产生的数据会缺失精确度、采样过程比较耗时的问题，提高了数据的精确度，减少了采样时间。

摘要： 一种基于二维图像为交互界面的转换函数的直接体绘制方法，依次包括如下步骤，（1）根据三维数据获得的二位图像作为交互界面；（2）选择感兴趣区域并进行标注,每标注一个感兴趣区域，产生与之对应的标注动作，相应的参数记为数据特征信息；（3）将步骤（2）的数据特征信息封装形成数据特征信息结构体，根据数据特征信息结构体构建数据信息管理单元；（4）根据步骤（3）的数据信息管理单元生成基于数据特征信息的转换函数；（5）根据步骤（4）的转换函数生成二维纹理；（6）将步骤（5）的二维纹理作为分类器生成重建图像。该方法以二维界面为交互界面，用户交互界面直观、易于理解，用户交互目标明确、操作方便、效率高的特点。

摘要： 本发明公开一种基于电场理论的传递函数的直接体绘制方法，步骤：(1)读取三维体数据，并计算出每个体素的电荷体密度、电场力幅值和梯度幅值，然后计算出电荷体密度-电场力幅值两维传递函数空间；(2)根据电荷体密度-电场力幅值特征空间的交互界面，通过设计传递函数分类器组件并做出调整，来显示出体数据中感兴趣的目标；(3)通过步骤(2)交互的调整传递函数分类器组件和观察绘制结果，绘制出最终的体绘制图像。本发明构造的两维电荷体密度-电场力幅值传递函数比传统的两维灰度-梯度幅值传递函数峰状结构更加突出，更容易识别出体数据中的目标结构，而且更多的考虑了邻域信息，可以得到更好的绘制效果。

摘要： 本发明涉及基于应用于信息数据样本的3D数组的光照模型的直接体绘制。首先对单个样本估计梯度，之后在具有低梯度(即均质区域)的样本上完成简单的明暗处理。